许多电解质在细胞跨膜动作电位中起重要作用。电解质紊乱可改变心脏的离子电流动力学，根据变化可以促进心律失常或抗心律失常作用。本文回顾了电解质紊乱的致病机制、电生理改变、心电图表现和临床后果。
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心房和心室进行有顺序的、协调的收缩和舒张交替的活动，是由心肌细胞动作电位(action potential，AP)的规律性发生和扩布所致，而心脏的电生理活动依赖于各种电解质离子的跨膜运动来完成[1,2]。AP是指一个阈上刺激作用于心肌组织可引起一个扩布性的去极化膜电位波动。AP产生的基本原理是心肌组织受到刺激时会引起特定离子通道的开放及带电离子的跨膜运动，从而引起膜电位的波动。
由于不同心肌细胞具有不同种类和特性的离子通道，因而不同部位的心肌AP的开关及其他电生理特征不尽相同。
心室肌AP复极时间较长(100～300 ms)，其特征是存在2期平台。AP分为0，1，2，3，4期。0期(除极期)，产生机制是电压门控性钠通道激活，Na＋内流产生去极化。膜电位由－80～－90 mV在1～2 ms内去极化到＋40 mV，最大去极化速度可达200～400 V/s。1期(快速复极早期)，复极的机制是钠通道的失活和瞬间外向钾通道Ito的激活，K＋外流，膜电位迅速恢复到＋(10±10)mV。2期(平台期)，形成的机制是内向电流与外向电流平衡的结果。平台期的内向电流有ICa-L，INa＋/Ca2＋，以及慢钠通道电流。其中最重要的是ICa-L，它失活缓慢，在整个平台期持续存在。INa＋/Ca2＋在平台期是内向电流，参与平台期的维持并增加平台的高度。慢钠通道电流是一个对TTX高度敏感的钠电流，参与平台期的维持。参与平台期的外向电流有内向整流钾流(Ik1)、延迟整流钾流(Ik)和Ikp。ICa-L的失活和Ik的逐渐增强最终终止了平台期而进入快速复极末期(3期)。参与复极3期的电流有Ik，Ik1和生电性钠泵电流。3期复极的早期主要是Ik的作用，而在后期Ik1的作用逐渐增强。4期(又称舒张期自动除极期)，主要存在于自律细胞，如普肯野细胞和窦房结细胞。普肯野细胞4期除极的最重要的内向电流为起搏电流(If)。由于它激活速度较慢，故它的4期除极速率较慢。在普肯野细胞4期除极的后期，稳态的Na＋窗电流参与自动除极过程。窦房结细胞参与4期除极的离子有延迟整流钾电流(Ik)，If，电压门控性ICa-L，ICa-T。这些离子电流没有一个能独立完成窦房结的4期除极，外向Ik衰减，相当于内向电流逐渐加强，在4期除极中起主要作用，也是4期除极的主要机制；If超极化激活，故在膜电位负值较大的细胞起较大作用；Ca2＋内流主要参与4期后半部分的除极。
心房肌动作电位与心室肌相比，主要特点是：(1)1期复极较迅速，平台期不明显，因为心房肌Ito电流较强而ICa-L较弱；(2)3期复极和静息期有乙酰胆碱激活的钾通道KAch参与。
普肯野细胞属于快反应自律细胞，其AP与心室肌相比一个显著区别是具有4期自动除极过程。普肯野细胞Ik1电流较强，RP可达－90 mV。0期最大除极速率高；它的Ito电流较强，1期复极速度较快；它的平台期持续时间长，可达300～500 ms。
正常情况下，血清电解质浓度维持稳定波动水平[3]。其浓度升高或降低，会影响电解质离子的跨膜运动或改变细胞膜受体对电解质离子的通透性，影响心肌的除极、复极，以及激动的传导，从而导致各种心律失常发生[4,5]。一些常见的电解质异常所致心律失常已被临床医师熟知[5]，但仍有很多机制尚未明确。本文按电解质异常分类，介绍各种情况下出现的心脏电生理改变和引发心律失常的类型以及研究进展。
钾离子是细胞内最主要的阳离子，正常的血钾水平为3.5～5.5 mmol/L。Ik1和Ik通道的通透性与膜电位有关，在静息状态下Ik1通道的通透性远大于其他通道。因此，钾离子浓度在细胞静息膜电位(resting membrane potential，RMP)的形成中起决定性作用，钾水平增高或者降低都可能导致心律失常。
低钾血症对心脏电生理的影响主要有动作电位时程(action potential duration，APD)延长、传导性降低、自律性增加、兴奋性增加等[4,6,7]。低钾血症的心电图改变主要包括T波压低或倒置、U波明显、ST段压低等。严重时可出现传导异常，包括PR间期延长、房室传导阻滞、室性心律失常、心脏停搏等[4]。在使用利尿剂治疗的高血压患者中研究显示，低钾血症与室性早搏的频率增加相关[7]。
血清钾离子浓度与急性心肌梗死患者的病死率有重要的相关性。Su等[8]研究显示，急性心肌梗死24 h内恶性室性心律失常的发生率，低钾血症者显著高于血钾水平正常者，证实低钾血症是心肌梗死后发生恶性室性心律失常的可靠预测指标。但Goyal等[9]提出，随着β肾上腺素能受体阻滞剂的应用和再灌注治疗等诊疗手段的进步，室性心律失常的发生率显著降低，关于其预后分析更应统计总病死率；当血钾水平为3.5～4.0 mmol/L时，急性心肌梗死患者的病死率最低；当血钾水平<3.5 mmol/L时，心跳骤停的危险性增加；当血钾水平>5.0 mmol/L时，患者的病死率升高，但室性心律失常发生率无显著变化。低钾血症也通过改变心肌的电生理特性影响抗心律失常药物的作用，降低这些药物的抗心律失常活性[7]。低钾血症可增加Brugada综合征患者发生室速或室颤的风险[10]，低钾血症也与心房颤动(以下简称房颤)的发生密切相关。Krijthe等[11]通过对患者长期随访发现，低钾血症者的房颤发生率显著高于血钾水平正常者。
高钾血症时，Ik1和Ik增加，细胞膜对钾离子通透性增高，复极速度增快，APD缩短。轻、中度高钾血症时，动作电位上升支的斜率降低，但由于RMP增高(负值降低)的程度超过阈电位(threshold potential，TP)，两者间的差值减小，最终导致兴奋性、传导性增加。严重高钾血症对TP的影响更明显，RMP与TP差值反而增大，同时动作电位上升支斜率降低明显，导致兴奋性、传导性显著降低，可发生心跳骤停。心电图表现为T波高尖、QT间期延长、房室传导阻滞、窦性停搏、室性心动过速(以下简称室速)、心室颤动(以下简称室颤)等[4]。近期的研究证实，更高的血清钾离子浓度峰值和高钾血症发生的事件数与急性心肌梗死患者病死率的突然增加相关[12]。
钙离子参与心肌纤维的兴奋-收缩耦联，并可影响4期复极化过程的斜率，因此钙离子浓度与心肌细胞的兴奋性密切相关。正常的血钙水平为2.2～2.6 mmol/L。
血清钙离子水平降低，对钠离子的内流屏障作用减弱，TP下移，兴奋性增加，动作电位2期延长，APD延长，传导性降低。心电图表现为QTc、ST段延长，可以出现心房扑动(以下简称房扑)、房颤等。严重的低钙血症是发生危及生命的室性心律失常的危险预兆，关于这一点有较多的病例报道与此相关。儿童惊厥与低钙血症相关性较多，在一项儿童惊厥研究显示，72%的惊厥患儿存在QTc间期延长，而非惊厥患儿只有19%存在这一现象[13]。QTc间期延长与血清总钙浓度无相关性而与离子钙降低显著相关。有研究认为，在已有传导障碍(如QTc间期延长等)的患者中，低钙血症更易导致心律失常发生率升高[14]。
高钙血症引起心律失常的危险性较低。血钙水平升高有稳定细胞膜的作用，需要更强的去极化刺激来触发动作电位，心肌细胞兴奋性降低、动作电位2期缩短、APD缩短，但传导性降低，易发生心动过缓或传导阻滞。心电图的表现与低钙血症相反，QTc、ST段缩短，T波宽大[15,16]。高钙血症是短QT综合征的常见原因。血钙水平升高时，心外膜的APD缩短较心内膜更显著，造成复极过程的跨壁离散度增加，易发生室颤、Brugada综合征等，通过24 h动态心电图、运动试验、电生理检查等可评估QT间期随心率和T波形态的变化情况。Mehta等[17]等发现，严重高钙血症(血钙水平>3.4 mmol/L)时，可出现Ⅱ或Ⅲ度房室传导阻滞，ST段抬高，甚至发生室颤或心跳骤停，也可有类似于Brugada综合征的心电图表现。房颤时钙离子浓度的波动幅度增大、频率增加，随着细胞外钙离子浓度升高，有效不应期(effective refractory period)进行性降低，易发生房颤[18]。
钠离子是细胞外含量最多的阳离子，正常的血钠水平为135～145 mmol/L。动作电位0期的波幅由钠流决定，低钠时减小且APD缩短，高钠时增大且APD延长[6]。心功能不全患者由于交感神经系统和肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活，以及血管加压素的释放，常发生低钠血症。一项左心功能不全患者的研究显示，与血钠正常组相比，重度低钠血症组(血钠水平≤130 mmol/L)植入式心脏除颤器对室速或室颤成功除颤的概率显著降低，病死率(25% vs.61%)和急性心力衰竭发生率(11% vs.26%)显著升高[19]。Brugada综合征的发生与钠通道功能障碍导致的内向钠流减少有关，低钠血症时钠离子跨膜浓度梯度降低，可发生与Brugada综合征相似的电生理改变[20]。但与低钾血症不同，低钠时引起的Brugada综合征并非1型。Mok等[21]认为，低钠血症可改变Brugada综合征的表现，由于动作电位1期的Ito受到的抑制作用减弱，因此不表现为1型Brugada综合征。
高钠血症时血清钠浓度高于145 mmol/L，主要引起神经系统症状，对心血管系统的影响较少报道。
镁是细胞内仅次于钾离子的阳离子，对心血管系统离子通道发挥重要的调节作用，既可拮抗钙离子通道，又可通过调节钾流来改变心脏的电生理活动。正常的血镁水平为0.70～1.05 mmol/L。
低镁血症的表现与低钙血症相似。低镁时可影响细胞膜ATP酶的正常功能，Na＋-K＋交换障碍，导致细胞内钾离子浓度降低，RMP负值减小。心电图表现为QT间期延长、QRS时间延长、ST段压低、T波变化等。血镁水平异常与心律失常发生密切相关。有研究证实，在人群中低镁血症与房颤的发生直接相关，校正年龄、种族、性别和其他房颤危险因素(如高血压、慢性心力衰竭、血钾水平异常等)后，两者的相关性依然存在[22,23]。
低镁时复极相时限延长，易发生早期后除极和尖端扭转型室速(torsade de pointes，TdP)，补充镁剂可阻滞L型钙流，提高心肌细胞兴奋的阈值，延长兴奋传导时间，从而抑制触发活动。低镁血症常常是严重心律失常如TdP的诱因。Hoshino等[24,25]研究显示，在儿童体外循环术后，血清镁离子水平会显著降低，补充硫酸镁可以有效治疗QT延长的儿童TdP。在美国心脏病学学会/美国心脏协会/欧洲心脏病学学会的指南中，静脉应用硫酸镁仍是治疗TdP的一线用药。低镁血症也是心脏手术后发生房颤的独立危险因素，补充镁剂可降低高危组肺切除手术后室上性心律失常的发生率[26]。
高镁血症易引发心脏传导障碍，包括窦房结恢复时间延长、有效不应期延长、心房-希氏束间期延长、房室延搁延长。其心电图表现与高钾血症相似，如PR间期延长、房室传导阻滞等[27]。在一例老年患者显著高镁血症的病例中，心电图显示窦性停搏与交界性逸搏心律[28]。
血磷酸盐水平升高多见于肾功能不全患者，当血磷酸盐水平>0.65 mg/L时易引发多种心律失常，甚至猝死。研究证实，QTc离散度与血磷酸盐水平呈正相关，与血钙/磷酸盐水平之比呈负相关[29]。因此，维持血磷酸盐水平稳定可作为预防肾功能不全患者发生室性心律失常的重要措施之一。
碳酸锂是治疗双向精神障碍的主要药物之一，其有效的治疗水平较窄(0.6～1.2 mmol/L)，易导致心律失常发生。其具体的机制尚未明确，研究假说包括，锂离子阻碍钾离子转运，引起高钾血症从而导致心律失常发生；影响窦房结等自律细胞的钙离子内流，降低窦房结自律性，延长心房有效不应期，减慢房室结和心室内冲动传导速度；抑制心肌钠通道等[30]。
血锂水平异常在儿科临床并不常见，血锂水平升高时，心电图表现为ST段抬高、QT间期延长、房颤、房室传导阻滞，甚至室速、室颤等[31]，血锂增高还可出现类似Brugada综合征的心电图表现[32]。
电解质紊乱在临床上经常合并出现，其相关的导致心律失常机制复杂，在临床工作中特别是对于存在高危因素的患者，应重视轻度的电解质异常，及时纠正，防止发生电解质紊乱导致的恶性心律失常。相反，在治疗心律失常时也应该重视电解质水平的重要性，以提高抗心律失常治疗的效果。
